第二节 织构类型

第二节织构类型

:..:经金属塑性加工的材料,如经拉拔﹑挤压的线材或经轧制的金属板材,在塑性变形过程中常沿原子最密集的晶面发生滑移。

滑移过程中,晶体连同其滑移面将发生转动,从而引起多晶体中晶粒方位消失肯定程度的有序化。

这种由于冷变形而在变形金属中直接产生的晶粒择优取向称为形变织构。

形变织构常有纤维织构、板织构等几种类型。

1纤维织构金属材料中的晶粒以某一结晶学方向平行于或接***行于线轴方向的择优取向。

具有纤维织构的材料围绕线轴有旋转对称性,即晶粒围绕纤维轴的全部取向的几率是相等的。

例如冷拉铝线,其中多数晶粒的[111]方向平行于线轴方向,其余则对线轴有不同程度的偏离,呈漫散分布。

这种线材的织构称[111]纤维织构。

纤维织构是最简洁的择优取向,因其只牵涉一个线轴方向,需要解决的结晶学问题仅为确定纤维轴的指数。

纤维织构的类型和完整度即取向分布的漫散程度主要和材料的组成、晶体结构类型和变形工艺有关。

除冷拉和挤压工艺外,有时由热浸﹑电沉积或蒸发形成的材料的涂覆层以及材料经氧化和腐蚀后表层所生成的产物都可能产生纤维织构。

在实际材料中常常存在不止一种的纤维织构,如铜线中111和100织构同时消失。

2板织构在轧制过程中,随着板材的厚度逐步减小,长度不断延长,多数晶粒不仅倾向于以某一晶向平行于材料的某一特定外观方向,同时还以某一晶面平行于材料的特定外观平面板材表面,这种类型的择优取向称为板织构,一般以[]表示,晶粒取向的漫散程度也按两个特征来描述。

图8-1轧制后部分晶粒取向示意图如图为经轧制后的纯铁板材的部分晶粒取向示意图﹐其100面平行于轧面,[011]方向平行于轧向﹐说明该板材具有一种100[011]织构。

,经过退火、发生再结晶以后,通常仍具有择优取向,称为退火织构或再结晶织构。

再结晶织构依靠于所牵涉的再结晶过程,分为初次再结晶和二次再结晶织构。

对:..低碳钢,特殊是硅钢片的织构曾进行过许多讨论。

由于金属原有变形织构的漫散程度和延长率、退火温度以及退火气氛等的差异,实际的再结晶织构的取向不同程度地偏离理论的再结晶织构取向。

再结晶织构的形成有两种理论,即定向成核学说与定向成长学说。

再结晶晶粒的择优取向由一些晶核的取向所打算,这种看法最早由伯格斯提出,后来伯格斯等又依据马氏体切变模型提出了关于形成立方织构的定向成核理论。

定向成长理论是贝克﹒﹒提出来的,他认为在形变基体内存在着各种取向的晶核,其中有些晶核因取向合适,晶界移动本事最大,在退火过程中成长最快,最终形成再结晶织构。

。

材料中存在织构是有利还是有害﹐视对材料的性能要求而定。

例如制造汽车外壳的深冲薄钢板﹐存在一般织构将使其变形不匀称﹐产生皱纹﹐甚至发生裂开﹔但具有111型板织构的板材﹐其深冲性能良好。

制造变压器的硅钢片则盼望使易磁化的[100]方向平行于轧向,立方织构的硅钢片,具有很低的铁损。

第三节织构的表示方法择优取向是多晶体在空间中集聚的现象,肉眼难于精确     判定其取向,为了直观地表示,必需把这种微观的空间集聚取向的位置、角度、密度分布与材料的宏观外观坐标系拉丝及纤维的轴向,轧板的轧向、横向、板面法向联系起来。

通过材料宏观的外观坐标系与微观取向的联系,就可直观地了解多晶体微观的择优取向。

晶体射线学中织构表示方法有:晶体学指数表示极图:直接极图、即多晶体的取向分布规律,常把择优取向的晶体学方向晶向及晶体学平面晶面跟多晶体宏观参考系相关连起来。

宏观参考系一般与多晶体外观相关连:丝状材料一般采纳轴向;板状材料多采纳轧面及轧向。

:..丝织构:轴向拉拔或压缩多晶材料中,晶粒的一个或几个结晶学方向平行平行于轴向,形成丝织构或称纤维织构。

抱负的丝织构一般沿材料流变方向对称排列,其织构常用与轴向平行的晶向指数表示。

面织构:某些锻压、压缩多晶材料中,晶粒往往以某一晶面法线平行于压缩力轴向,形成面织构,常用垂直于压缩力轴向的晶面指数{}表示。

板织构:轧制板材的晶粒同时受到拉力和压力的作用,因此常以某些晶体学方向平行轧向,同时还以某些晶面{}平行于轧面,形成板织构。

板织构常用{}表示。

。

正极图:是一种对于材料中某一选定的低指数面﹐表明其极点密度随极点取向而变化的极射赤平投影图。

以多晶体材料的特征外观方向轧制平面法向、轧制方向及横向作为宏观参考系的三个坐标轴,取轧制平面为投影面,将多晶材料中每个晶粒的某一低指数晶面法线用极射赤道平面投影的方法投影在此平面上得到多晶材料的极图直接极图、正极图。

:是把材料某一特定方向上的晶粒取向密度绘制在单晶标准投影图上。

以晶体的三个主要晶轴或低指数晶向为参照坐标系的三个坐标轴,取与晶体主要晶轴垂直的平面作投影面,将与某一外观方向平行的晶向的空间分布用极射赤道平面投影的方法投影在此平面上,得到多晶体材料的此特征方向的反极图。

:..如图为冷轧钢板实测[110]极图。

图中数字表示取向密度值﹐以完全无择优取向时不同方向的取向密度为1,则取向密度大于1表示试样中接近这一取向的晶粒体积大于无择优取向时具有该取向的晶粒的体积。

取向密度小于1的意义相反。

板织构的类型和漫散程度,除与材料的组成和晶体结构因素有关外,主要与轧制工艺有关。

因此在轧制过程中为要掌握稳定的织构生成,必需留意压下道次数、压下量和轧制图8-2冷轧钢板[110]极图温度等条件的影响。

板材织构的对称性比纤维织构低,必需利用极图才能准确地加以描述。

﹐完善了织构的表示方法。

这种方法是把分别表示材料外观和晶粒位置的二组坐标系-和-之间的取向关系用一组欧拉角表达;即-相对于-的任一取向均可通过三次转动、、实现。

这里,首先商定-与-完全重合为起始取向;令-绕转动角为第一转动,绕转动后的转动角为其次转动;第三转动则是再绕新的连续转动角。

这三个转角数值﹑﹑完全规定了-的取向。

若以﹑、为坐标轴建立-的直角坐标系,则每一晶粒取向﹑﹑均可在此立体图中用一点表示出来。

在这三维空间中用取向密度﹑﹑来绘制,就构成了取向分布图。

多晶材料的空间取向密度可用一组正极图的数据经过数学变换后求得。

如图冷轧钢板三维取向分布就是利用其实测[110]极图的数据变换成三维取向分布图,曲线和曲面表示等取向密度线和面。

为了表达简便和清楚﹐常用一组截面图代替﹐图给出=45的横截面图,虚线表示立体图未画出部分。

图8-3冷轧钢板实测极图法能准确地、定量地表示出材料的织构类型和取向密度漫散程度。

这种方法的提出和应用,促进了织构理论和织构与性能关系的讨论。

多晶材料的空间取向密度可用一组正极图的数据经过数学变换后求得。

如图冷轧钢板三维取向分布就是利用其实测[110]极图的数据变换成三维取向分布图,曲线和曲面表示等取向密度线和面。

为了表达简便和清楚﹐常用一组截面图代替﹐图给出=45的横截面图,虚线表示立体图未画出部分。

法能准确地、定量地表示出材料的织构类型和取向密度漫散程度。

这种方法的提出和应用,促进了织构理论和织构与性能关系的讨论。

第四节极射赤面投影:..直接极图是按极射赤道平面投影简称极射赤面投影法绘制的。

投影原理如下:投影球的赤道大圆平面与板材轧制平面也即试样被测面重合,轧面法线投影到大圆的圆心,轧制方向与大圆竖直直径相重,横向与水平直径重合,放置在球心的晶体,某晶面法线与上半球面的交点为,由下半球南极向点引出投射线,与赤道平面大圆的交点,即为此晶面法线的极射赤面投影,如图所示。

假如把上半球面上的各条经线及纬线投影到赤道平面上,便形成极网,如图所示。

假如试样被测面或晶面法线由图8-4极射赤面投影作图北极开头,在沿纬线方向旋转的同时又沿经线方向自北向南运动,其赤道平面投影是一条螺旋线,称为螺旋极网。

如图所示。

在特别制样状况下,如罗帕塔-组合试样,试样被测面法线不与极网圆心重合,而是移到第一象限分角线45上与轧向、横向、的位置,即其投影坐标为45,,其极网或螺旋极网亦是以这点为中心点,如图8-9所示。

图8-5极网和螺旋网第五节单晶标准投影图假如把一个单晶体放在投影球的球心,依次使其某些特定晶面与赤道平:..面重合,然后将其他各个晶面法线投影到赤道平面上,便成了标准投影图。

这些特定晶面常采纳低指数晶面,立方晶系中如001、110、111、112等较常用,其标准投影图如图所示。

单晶标准投影图可用于标定极图织构。

图8-6001标准投影图:..图8-7110标准投影图图8-8111标准投影图:..:大多数晶粒的某一晶体学方向与材料的某个外观特征方向如丝轴方向或生长方向平行或于接***行。

这种织构在冷拉金属丝中呈现得很典型,故称为丝织构。

一般在丝、棒、镀层、沉积层中都可能会存在某种类型的丝织构。

与拉丝方向平行的晶体学方向指数称为丝织构指数。

例:图为具有丝织构的棒材或丝材,棒材中大部分晶粒的100方向平行于丝轴拉丝方向。

图为横断面放大图,抱负丝织构的状况是材料中全部晶粒的100方向均平行于丝轴拉丝方向。

图8-9丝织构例:冷拉铁丝体心立方金属具有110丝织构,即铁丝中大多数晶粒的110方向倾向于平行丝轴方向。

但在实际的冷拉铁丝材料中并不是全部晶粒的110方向都严格平行丝轴方向。

左图为110方向与丝轴之间夹角为φ的晶粒的百分数,亦即110极点分布在方向上的百分比极密度110随夹角的分布。

冷拉铝丝中100%晶粒的111方向与拉丝轴方向平行,即具有111丝织构。

冷拉铜丝中60%晶粒的111方向与拉丝轴方向平行,而另外40%晶粒的100方向与拉丝轴方向平行,即冷拉铜丝具有111+100双重丝织构。

1无织构材料:..:..:冷拉铝丝,,:铜靶,镍滤片,30千伏,24毫安,,曝光5小时依据照片进行分析计算::1=,2=::..图8-冷拉铝丝丝轴直立时的透射针孔照片靠近中心的径向条纹是入射光束中的连续辐射产生的:首先计算晶面间距依据卡片确定出照片上衍射环指数:内环111,外环200卡片上的数据:111=,200=:1=69,2=51内环、外环的指数及1、2角,查立方晶系晶面夹角表。

确定出织构轴为[111]:各结晶学方向对丝轴呈旋转对称分布。

若取投影面垂直于丝轴,则某{}的极图外形如图所示。

为求出极点密集区与丝轴之间的夹角,只要测定沿极图径向衍射强度即极密度的变化即可。

-法,为测定角从0到90范围的极点分布,需要二种试样,:..分别用于高区及低区。

设是极网上的纬度令极网中心=0,为测定=0~90范围内的极点分布,需要两种试样,分别用于高区和低区。

低区:试样是扎在一起的一捆丝,扎紧后嵌在一个塑料框内,丝的端面经磨光、抛光和腐蚀后作为测试面。

测量时,计数管置于2处不动,以测试面与入射线及衍射线成等角为初始位置即=0,在连续转动的过程中记录衍射强度,衍射强度随角的变化就反映了极点密度沿极网径向的分布。

角测量范围:0~。

高区:将丝并排粘在一块平板上,磨平、抛光、浸蚀后就得到高区试样,射线从丝的侧面反射。

在初始位置,试样表面与入射线和衍射线成等角,即=90。

角测量范围:90~90-。

选定某一特定的晶面,计算出其衍射角2后,按入射线与衍射线夹角为2的位置安放光管与探测器的相对位置,并使之在测量过程中固定不变:..产生衍射的条件晶面的法线为入射线与衍射线夹角的角平分线或:晶面平分入射线的延长线与衍射线的夹角下图为冷拉铝丝的111~φ曲线。

结果表明在丝轴方向=0及与丝轴夹70处具有较高的111极密度。

说明丝材大部分晶粒的111晶向平行丝轴,即丝材具有很强的111织构。

立方晶系100与111的夹角为=,=55处消失肯定大小的111的极密度峰,表示丝材中还有部分晶粒的100晶向平行丝轴,即丝轴还具有弱的100织构。

每种织构的重量正比于~曲线上相应峰的面积。

左图的计算结果:111,100:对应的晶向=:..:大多数晶粒的某晶体学平面{}与轧面平行或近于平行,某晶体学方向与轧向平行或接***行。

这种织构在冷轧金属板材中最常见,故称为板织构。

板织构的指数表达方式为{}。

例如,冷轧铝板的抱负织构为110[ī12]极图是描述多晶材料织构状态的极射赤面投影图。

它是通过将多晶材料中的某特定晶面族的法线向试样的某个外观特征面作极射赤面投影得到的。

对于轧制板材,一般选轧面为投影面。

对于丝材,一般选平行于丝轴或垂直于丝轴的平面为投影面极图的名称由所考察的晶面族指数打算。

如轧制板材的{110}极图,是指将多晶材料中各晶粒的{110}晶面族的法线向轧面投影。

对于某一织构状态,可以选用多个低指数晶面族如{100}、{110}、{111}……进行投影,这样可得到多个极图,即某一织构状态可用多种极图来描述。

:..:..。

但从教学的角度来看,它对把握概念和娴熟运用极射投影都极为有用。

照相法测织构就是用底片记录衍射线,从而获得具有板织构试样的极图。

对于立:..方晶系的材料一般是测{100}、{110}或{111}极图;对于六方晶系的材料,一般是测0001、{10-10}或{11-20}极图。

测极图,就是检查试样内某指数晶面在形状坐标中的分布。

例如测轧板的{100}极图,就是测定{100}晶面法线在轧面、轧向、横向坐标中的分布。

而某方位的晶面极点密度正比于它所对应的光衍射线强度。

因此,测极图,就是先测定某晶面的光衍射线强度在形状坐标中的分布,然后再把分布转化成晶面极点的分布。

1照相方法1首先将试样轧向竖直,表面轧面平行于底片安放,拍照,将获得如图所示的照片;照片上记录了断续的德拜环。

照片右下角的符号“^0”表示轧向竖直,轧面与底片平行。

再顺时针旋转试样,每转10拍照一张,并分别记为^10,^20,……始终到^80。

2将试样的轧向水平放置,每顺时针旋转10,20,……各拍照一张,直到角为止。

角为作极图时所取衍射环的布拉格角。

这些照片分别记为-10,-20,……这样,我们就获得了一套照片,可以利用这套照片绘制极图。

图8-固定底片透射法测板织构的试验装置轧向竖直时光入射线为单色线,并垂直于底片切去底片一角,记清试样中的轧向和轧面位置照相时要在底片上留下水平线的痕迹2底片上的衍射斑点对应的晶面在投影面上的极射赤面投影1首先画出一个参考球,金属板材试样在考球的中心,轧向向上,轧向及轧面与参考球的垂直轴平行。

=,开头时入射线与板材表面垂直,==90,反射晶面的法线与入射线的夹角=90-,全部这一组反射晶面的法线和参考球相交成的反射圆。

2照像底片在平面上,衍射线环上一个强度集中的小弧段中心与底片中心的连线和底片的垂直轴相交成角,与水平轴相交成角+=903投影面与试样表面重合、投影点在处,造成点衍射的晶面法线极点的极射赤面投影为点,点的:..确定:、、、、构成的平面与参考球相交为大圆与垂直轴的夹角===90==[90-2]假如拍摄一系列的照片,令角由90开头,然后转动试样使渐渐减小如令=90、80、70、60、…,由点将沿着一个小圆纬度圆在参考球面上运动,其投影点也在投影面上沿着相应的纬度曲线运动同样的角度。

图中给出了点的运动轨迹。

当试样这样转动时,反射圆和衍射线环都保持不动,由于它们只与所用入射线波长及反射晶面间距有关,与无关。

在转变后,试样中不同取向晶粒的晶面参加衍射,所形成斑斑的位置将在衍射线环上的其它位置,也就是将发生相应的变化。

当小于90时,试样表面不再与极射赤面投影面相重合,假如要说明这时投影和试样表面的关系,应当先画出各个:..角的极射赤面投影面,然后再经过转动回到试样表面去。

冷轧铁-钴65%-35%透射针孔照像衍射花样,-辐射,其中的数字表示强度为强、中、弱三个等级。

拍摄时试样表面与入射射线方向成60即=60它的200衍射线环有10个强度集中的小弧段,测量数据见表。

将200衍射线环各小弧段按其角度范围画于极射赤面投影的反射圆上=90,这个投影面和=90时试样平行,由于这个衍射花样是在=60时拍摄的,因此需要在投影上作30的旋转,例如投影上的线段应沿纬度小圆旋转30而达到处,同样也旋转30至处,这样应可得到=60时的投影。

由于在每个不同的时都要进行一次旋转,手续很麻烦,但可以依据试样成分、衍射晶面指数和不同辐射专用的图表韦弗极图图表不同阴影表示衍射线段强度的凹凸,阴影愈深表示衍射强度愈高,即此方位200极密度愈大。

用上述方法绘制极图,在投影的南北极四周区域的投影将永久不能和反射圆相交,因此将成为空白。

要想找出这两个区域极点分布状况,须将试样以入射射线方向为轴转动90,令横向向上,再拍摄=85时的衍射图即可。

:..图8-铁钴合金板的100{}极图时,要利用透射和背射两种方法来收集{}面的衍射数据。

如图表示透射法的衍射几何,某一个衍射环上各部分的强度可以直接用计数管测量出。

由于衍射仪构造的关系,计数管不能沿衍射线环移动测量衍射线强度,但可将试样沿衍射仪轴线及试样面法线转动达到同样的目的。

图8-:~,安置在测角台的专用试架上,试样能绕衍射仪轴及自身表面法线转动。

探测器固定在2角位置上不动。

试样绕衍射仪轴的转动称转动:循衍射仪轴往下看,试样逆时针转动时角为正值:..试样绕自身表面法线转动称转动:,顺入射射线束看去,角顺时针转动时为正试样的初始位置:轧面平分入射线与反射线间夹角时=0;轧向与衍射仪轴重合时=0。

此时,欲探测的衍射晶面法线晶面法线,衍射角2与试样横向重合。

极图是晶面在轧面上的极射赤面投影=0图中时,自0顺时针转动至360,在极图上相当于自动身,沿投影圆的圆周逆时针探测一周。

故测得的0,体现了{}极密度沿极图圆周的分布。

试样绕衍射仪轴顺时针转动5,即=-5图中时,在极图上相应的自沿半径内移5。

再令自0顺时针转动360,则所得的-5,反映了极图5圆上极密度的分布。

假如以每-5一阶内移,直至接近-90-为止。

这样就扫过了从极图边缘到接近90-圆处的一个外圈。

:..:..但是,通过转动不能把法线不在-平面内的晶面设这些晶面所在的平面与-平面的夹角为,为清晰起见,图中将这些平面画得较为突出转到能产生衍射的位置,这是需要通过转动将这些晶面依次带到-平面。

同时,在每转过一个角后,需要再进行一次转动,将位于此平面内、与横向夹角的晶面转到能产生衍射的位置。

如此,通过转动与转动的组合才能将板材内全部晶面都带到衍射位置。

如图为不同值时冷轧板的111衍射线强度按角的分布。

图中分别给出=0,-10,-20,-30,-40,-50,-55和-60时角在0~360之间的衍射线强度变化。

试验开头时,试样的轧向与衍射仪轴重合,横向与{}反射面的法线全都。

依据极射赤面投影原理,此时,投影极网的中心点便是轧面的极点,纵向直径的上端点为轧向:..的极点,水平直径右端点为反射面法线的极点=0,=0。

当试样绕衍射仪轴转动-角度时逆时针转动为正,顺时针转动为负,反射面法拉不再位于试样板面上,而是与板面成夹角;因此,其投影是由基圆水平直径的右端开头向极网中心移动。

当试样绕板面法线顺时针方向转动角度时,反射面法线不再与横向平行,而是与横向夹角;因此,反射面法线的投影沿极网的同心圆周转动角。

如图表示了=-30、=30时反射晶面法线的投影极点。

当顺时针转动越大,试样表面越接近衍射线,衍射线在试样中穿行的路程越长,被汲取得越厉害。

因此透射法不能记录角肯定值较大的衍射线,只能测绘极图的边缘区,其余的中心部分要用反射法来测绘。

图8-:..反射法的试验布置及衍射几何如图所示。

反射法采纳厚板试样,以保证透射部分的射线全部被汲取。

厚板试样安装在专用的试样架上,试样轧面法线位于入射线与反射线的中分平面内。

试样不仅能绕衍射仪轴和板面法线旋转,而且还能绕试样表面上水平轴旋转。

试样绕水平轴的转动称转动,顺时针转动时角为正值,试样绕自身表面法线转动称转动,顺时针转动时时角为正。

探测器固定在2角位置上不动。

为了测绘极图,试样的初始位置设计为轧向与衍射仪轴图中试样所处的位置:=-90、=90,重合,入射线和衍射线处在试样的同一侧,且与反射面与轧面平行,其极点在极网中心试样表面成角。